Production de l'aluminium.

1.  a) Introduction.


Aluminium à l’état naturel

Il faut tout d'abord savoir que l'aluminium est un élément important sur la Terre avec 1,5% de la masse totale. Ce chiffre passe à 8% en ne considérant que la croûte terrestre dont il est le troisième élément le plus abondant. C’est un métal argenté et malléable. Il est remarquable pour sa faible densité.

Il est très oxydable. Cependant, à l’air, il se forme une couche de quelques micromètres d’alumine à sa surface, un oxyde imperméable (Al2O3), qui protège le reste du métal et se reforme très rapidement. On parle ainsi d’une protection cinétique.

2.  b) Extraction.


Bauxite à l'état naturel

Il est principalement extrait d’un minerai appelé bauxite contenant plus de 50% d’oxyde hydraté d’aluminium.

L'extraction de l'alumine de la bauxite est réalisée suivant le procédé chimique Bayer. Ce dernier consiste à attaquer la bauxite par de la soude à haute température et sous pression. Ce qui a pour effet de séparer l'alumine de la bauxite. Ensuite, l'alumine est exploitée industriellement pour obtenir de l'aluminium par le procédé électrolytique Héroult-Hall qui consiste à introduire l’alumine dans des cuves d’électrolyse et à y ajouter certains additifs afin d’abaisser le point de fusion de ce dernier de 2040°C à 960°C. La production d’une tonne d’aluminium nécessite plus ou moins cinq tonnes de bauxite et de 13000 à 17000 kWh.


Transformation Bauxite en Alumine


3.  c) Recyclage.


Tri par courants de Foucault

L’aluminium a une excellente recyclabilité. Pour ce faire, il suffit de le refondre. En plus des bénéfices environnementaux, son recyclage est beaucoup moins coûteux que la production à partir du minerai brut. Il nécessite 95% d’énergie en moins et une tonne d’aluminium recyclé permet d’économiser quatre tonnes de bauxite. En sautant l’étape de l’électrolyse, qui réclame beaucoup d’énergie, on évite les rejets polluants qui lui sont associés. L’aluminium est quasi recyclable à l’infini sans perdre ses qualités, à condition de ne pas fondre dans un même bain des alliages de composition différente. La production d'aluminium basée sur le recyclage est passée de 50% en 1980 à plus de 70% en 2000. Par exemple, dans les centres de tri, l’aluminium est principalement trié grâce à des machines de tri par courants de Foucault. Il est ensuite broyé puis refondu pour donner du métal appelé aluminium de seconde fusion. Essentiellement utilisé pour la fabrication de pièces de fonderie dans l’automobile.

4.  d) Les Alliages.


Aluminium fondu

En tonnage et en valeur, l’aluminium est le métal le plus utilisé après le fer. L’aluminium pur est mou et fragile. Employé dans beaucoup d’industries, il est très important pour l’économie mondiale. La Chine est un des pays producteurs les plus importants, devant les États-Unis et le Canada. Il faut faire une distinction entre les alliages de fonderie, utilisé pour le coulage des pièces, et les alliages de corroyage qui permettent la transformation plastique. Les additifs utilisés pour les deux types d'alliages sont le magnésium, le silicium et le cuivre. Alors que le corroyage utilisera également du manganèse, du zinc et du fer. La fonction des alliages est d'améliorer les caractéristiques de l'aluminium. En particulier la résistance mécanique et la résistance à la corrosion. A cela il faut ajouter les désavantages souvent minimes qu'apportent ces composés. Par conséquence de nouvelles combinaisons toujours plus variées répondent aux besoins spécifiques de l'utilisation future des alliages.

5.  e) Pollution.


Rejets gazeux des cuves d'électrolyses

Deux types de pollutions sont néanmoins engendrées par la production de l’aluminium :

  • une pollution fluorée lors de la transformation de l’alumine en aluminium.
  • des rejets gazeux au-dessus des cuves d’électrolyse.


6.  f) Le Formage.

Réalisés par fusion ou frittage, les composants structuraux faits à partir d’aluminium sont essentiels à l’industrie aérospatiale et très importants dans d’autres secteurs du transport et de la construction où sa faible densité, sa longévité et sa résistance sont nécessaires. L’aptitude au formage est l'une des propriétés les plus importantes de l'aluminium et de ses alliages. Il est possible de produire 2 types de matériaux : Les tôles et les éléments massifs. On peut déformer la matière aussi bien à chaud qu'à froid (température ambiante).

Technique de formage


Déformation superplastique Aluminium

L'aluminium est un matériaux superplastique, c'est à dire qu'il peut se déformer de manière excessive dans certaines conditions de telle manière à ce qu'il n'y ai pas de striction avant la rupture. De tels matériaux peuvent se déformer de plus de 200%. Ainsi, pour un composé Aluminium-bronze, on atteint un allongement de plus de 8000%.



Déformation par thixoformage

Et finalement, outre la superplasticité, on parlera de thixoformage lors d'un formage à chaud à des températures situées entre le solidus et le liquidus, différentes selon les alliages.